CN111247499A - 仪表化的恒温控制装置和包括所述恒温控制装置的冷热流体混合龙头 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于恒温冷热流体混合龙头的恒温控制装置(16),其包括:温度传感器(24),其用于测量所述混合流体的温度(T2);流量传感器(26),其用于当所述控制装置(16)处于流动状态中时测量混合流体的所述流(Fmix)的流量(Q);并入的电子电路(28),其包括:可编程电子计算机(30),通信接口(34),其设置有无线电天线(46),电力能量储备(38),其能够对所述电子计算机(30)和所述通信接口(34)供电;所述电子电路(28)适合于收集由所述传感器(24、26)测量的信息,并适合于通过所述通信接口(34)将所述信息传输到外部。
Description
技术领域
本发明涉及一种仪表化的恒温控制装置、一种包括所述恒温控制装置的恒温总成以及一种装备有所述总成的恒温冷热流体混合龙头。
本发明更大体涉及流体的家庭分布安装的领域,明确地说,水分布的领域。
背景技术
恒温冷热流体混合龙头使混合具有不同温度(诸如,热流体的流与冷流体的流)的两个流体的流有可能。所述混合从具有中间温度的流体的外流产生。中间温度的值可由用户调整。
为此,冷热流体混合龙头包括恒温控制装置。所述恒温控制装置包括用于混合流体的构件和用于控制混合流体的温度的构件。
已知恒温控制装置的一个实例描述于专利FR-2,821,411-B1中。
典型地,这些冷热流体混合龙头使将流体供应到卫生设施(诸如,沐浴、水池、脸盆或浴缸)有可能。
随着家用自动化电器的发展,现在存在对于能够收集使用数据(例如,消耗的水的质量或涉及的流体的温度)并将这些数据发送到在冷热流体混合龙头外的接收器的冷热流体混合龙头的需求。然而,这些新功能性必须不会使冷热流体混合龙头的工作恶化,明确地说,关于其耐用性和用户的安全性,或使将冷热流体混合龙头集成到现有设施内复杂化。
因此存在对于能够符合前述需求的用于冷热流体混合龙头的仪表化的恒温控制装置的需求。
发明内容
为此,本发明涉及一种用于恒温冷热流体混合龙头的恒温控制装置,所述控制装置被配置成产生从热流体与冷流体的两股流混合的流体的流,特征在于,所述控制装置为仪表化的,且为此包括:
-温度传感器,其用于测量所述混合流体的温度;
-流量传感器,其用于当所述控制装置处于流动状态中时测量混合流体的流的流量;
-电子处理电路,其嵌入于所述控制装置中且包括:
·可编程电子计算机,
·通信接口,其设置有无线电天线,
·电力能量储备,其能够对所述电子计算机和所述通信接口供电;
且在于,所述电子电路适合于收集由传感器测量的信息,并适合于通过通信接口将所述信息传输到外部。
由于本发明,所述恒温控制装置能够收集使用数据,并通过外部接收器传输所述数据。这些收集和传输功能性因此是按集成方式设置于所述装置中,而无必要使用硬连线连接和/或将额外设备物理连接到所述冷热流体混合龙头的外部。
根据本发明的有利但任选方面,所述恒温控制装置可并有单独或根据任何技术上可允许的组合考虑的下列特征中的一个或多个:
-所述流量传感器是适合于对所述能量储备供电的水轮机,诸如,轴向微型涡轮机。
-所述控制装置包括适合于对所述能量储备供电的水轮机,诸如,轴向微型涡轮机,且所述流量传感器与所述水轮机分开。
-所述通信接口与近程无线通信技术兼容。
-所述控制装置进一步包括用于测量所述冷流体的温度的温度传感器。
-所述电子处理电路被编程以计算特别作为所述测量的流量、所述混合流体的温度和由所述温度传感器测量的所述冷流体的温度的函数的加热在所述恒温控制装置上游的冷流体所需要的能量。
-所述电子处理电路被编程以计算特别作为所述测量的流量、所述混合流体的温度和所述冷流体的预定的温度值的函数的加热在所述恒温控制装置上游的冷流体所需要的能量。
-所述能量储备包括一个或若干个超级电容器。
-所述电子电路至少部分容纳于由所述控制装置的主体定界的内壳体内部,所述内壳体被密封地保护以免受所述流体的流渗入。
-所述电子计算机被编程以传输选自包含以下数据的群组当中的所述使用数据中的一条或若干条:
-来自由所述温度传感器进行的测量的混合流体的温度随时间的演变;
-如果所述混合流体的温度超过预定的阈值,那么警报的发送;
-来自由所述流量传感器进行的测量的混合流体流量的演变;
-如果所述混合流体流量超过预定的阈值,那么警报的发送;
-由相关联的热流体产生装置为了加热所述冷流体而提供的热功率;
-对应于由产生装置在龙头的使用循环期间提供的热功率的热能;
-与针对所述使用循环的热能E的产生相关联的金融成本的估计;
-所述使用循环的开始和/或结束日期和时间;
-所述使用循环的持续时间;
-在所述使用循环期间的所述混合流体的温度的平均值、最小值和最大值;
-在所述使用循环期间的所述混合流体流量的平均值、最小值和最大值;
-在所述使用循环期间消耗的水量。
-所述电子计算机被编程以在永久存储器中存储所述龙头的使用的统计数据。
本发明还涉及一种用于恒温冷热流体混合龙头的恒温控制总成,所述总成包括:
-恒温控制装置,其用于从热流体与冷流体的两股流产生混合流体的流;
-用于控制混合流体流量的装置;
特征在于,所述恒温控制装置如先前所描述。
本发明还涉及一种冷热流体混合龙头,包括:
-冷热流体混合龙头主体;
-热流体入口、冷流体入口和混合流体出口;
-恒温控制装置,其定位于所述主体内部且流体连接到所述流体入口和所述流体出口;
所述冷热流体混合龙头特征在于,所述恒温控制装置如先前所描述。
根据本发明的有利但任选方面,所述恒温冷热流体混合龙头可并有单独或根据任何技术上可允许的组合考虑的下列特征中的一个或多个:
-所述控制装置集成到包括主体和所述流体流量控制装置的总成内,所述总成与所述龙头主体同轴地定位于所述龙头主体内部,同时所述主体与所述龙头主体的内壁由干燥区域分开,且所述装置包括将所述电子电路连接到所述传感器的电连接,所述电连接定位于所述干燥区域中。
-所述控制装置集成到包括主体和所述流体流量控制装置的总成内,所述总成定位于所述龙头主体内部,且与所述控制装置相关联的所述电子处理电路位于所述主体内部。
附图说明
依据仅作为实例提供且参考附图进行的仪表化的恒温控制装置的一个实施例的以下描述,本发明将被更好地理解,且其其它优势将更清晰地显现,其中:
-图1是根据本发明的实施例的装备有仪表化的恒温控制装置的冷热流体混合龙头的示意图;
-图2是根据本发明的实施例的恒温控制装置的框图;
-图3和4是根据本发明的第一实施例的恒温控制装置的一部分的剖面图;
-图5和6是根据本发明的第二实施例的恒温控制装置的一部分的剖面图;
-图7和8是根据本发明的第三实施例的恒温控制装置的一部分的剖面图。
具体实施方式
图1展示用于施配诸如水的流体的示范性恒温冷热流体混合龙头2。
叫作“混合流体”的施配流体是通过混合热流体与冷流体的流获得。
举例来说,冷热流体混合龙头2经组配以安装于家庭供水分布设施(诸如,沐浴、浴缸、脸盆或水池)中。
在所述实施例中,冷热流体混合龙头2包括主体4、热流体入口6、冷流体入口8和混合流体出口10、用于调整温度的旋转按钮12和用于调整通过出口10退出的混合流体流量的旋转按钮14。
举例来说,主体4具有沿着纵向轴线延伸的中空管状形状。按钮12和14安装于主体4的相对端上,关于主体4同轴,且可围绕所述纵向轴线旋转。
任选地,按钮12设置有锁定部件13,其可手动致动且选择性地使锁定按钮12的旋转有可能。按钮14还可设置有类似的锁定部件。
冷热流体混合龙头2可交替地处于所谓的“流动”状态中,其中混合流体通过出口10退出,或处于所谓的“非流动”状态中,其中无流体流过出口10,甚至在通过入口6和8对冷热流体混合龙头2供应流体时。
冷热流体混合龙头2为此包括由旋转按钮14控制的用于流体流量控制装置,这使中断或交替地允许流体在冷热流体混合龙头2中的流体的流动以便选择性地在流动状态与非流动状态之间切换后者有可能。举例来说,流量控制装置是具有陶瓷盘的系统。
冷热流体混合龙头2还包括容纳于冷热流体混合龙头2内部(例如,在主体4中)的恒温控制装置16。
装置16使混合来自入口6和8的热流体与冷流体的流以便获得混合流体的流有可能,所述混合流体的流的温度对应于由用户使用按钮12选择的控制温度。
装置16被称为“恒温”,其中其使在某一压力和流量范围内将混合流体的温度独立于进入的热流体与冷流体的相应压力和温度变化以及流出的流体流量而控制在恒定且可调整值有可能。
图2展示以简化方式图示的装置16的实例。
装置16包括热流体入口、冷流体入口和混合流体出口。当将装置16安装于冷热流体混合龙头2内部时,这些入口和所述出口分别被与入口6、8和出口10流体连通地放置。
下文,为了简化描述,将冷热流体混合龙头2的流体入口与控制装置16的流体入口组合。后者因此不具有任何数字参考,并且不作详细描述。
参考“Fhot”表示来自入口6的热流体的流,“Fcold”表示来自入口8的冷流体的流,且“Fmix”表示从混合流Fhot及Fcold产生的混合流体的流,流Fmix希望通过出口10退出。
延伸一下,流动状态与非流动状态之间的区别还适用于在其余描述中的装置16。
根据实施例,装置16包括沿着纵向轴线X16延伸的细长主体。举例来说,当将装置16安装于主体4中时,纵向轴线X16平行于主体4的纵向轴线,或甚至与主体4的纵向轴线组合。
举例来说,装置16的主体是从塑料制成的。
根据实施例,希望装置16与用于先前定义的流体流量控制装置相关联,以便形成希望装备冷热流体混合龙头2的恒温总成或恒温整体。
装置16包括设备20,用于混合流Fhot与Fcold,和控制混合流Fmix的温度。
设备20在这里机械联接到按钮12以用于允许用户选择控制温度。
举例来说,所述设备20由热机械型的恒温控制组件制成,诸如,使用预组装的恒温筒。
热机械类型的此类恒温控制组件的作用和工作是已知的,且在以VERNET SA公司的名义提交的专利FR 2,774,740、FR 2,869,087和FR2,921,709中。
装置16在这里被称为仪表化,其中其进一步包括电子测量和处理构件以便收集并传输相对于冷热流体混合龙头2的使用的数据。
装置16因此包括第一温度传感器22以便测量冷流体的流Fcold的温度T1,包括第二温度传感器24以便测量混合流体的流Fmix的温度T2,包括传感器26以便测量混合流Fmix的流量,且包括电子处理电路28。
电子电路28包括可编程电子计算机30、电力电路(也叫作功率级)32和无线电通信接口34以及电连接36。
功率级32包括能量储备38。计算机30这里包括逻辑计算单元40、计算机存储器42和电子时钟44。接口34包括无线电天线46。接口34特别使得有可能提供电路28与用户终端48之间的通信,或与远程计算机服务器50的通信。
下文,术语“用户装置”用来指用户终端48和远程计算机服务器50中的一个或另一个。
希望电路28收集由装置16的传感器测量的信息并使用通信接口34将所述信息发送到冷热流体混合龙头2的外部,例如,发送到装置48或50。
电连接36将电路28与相关联于电路28的传感器的至少部分电连接,明确地说,与传感器24和26电连接。明确地说,其使传送能量和传输数据有可能。
因此,传感器22、24和26与电路28一起形成先前提到的电子测量和处理构件。
明确地说,应理解,电路28在这里不提供恒温控制,后者由设备20确保。
电路28的组件在下文参考图2更详细地描述。
优选地,第二温度传感器24是使用具有负温度系数的陶瓷技术的温度探头。这项技术具有可靠且经济的优势。
根据实施例变体,可省略第一温度传感器22。然而,当其存在时,温度传感器22优选地使用类似于温度传感器24的技术的技术。
在变体中,温度传感器24是热电偶。
第二温度传感器24在这里位于设备20下游,而第一温度传感器22位于设备20上游,在入口8之后。相对于流体的流朝向出口10的流动方向定义术语“下游”和“上游”。
流量传感器26适合于在混合流体的流Fmix通过出口10离开冷热流体混合龙头2的系统16前测量所述流在设备20的出口处的流量Q。
优选地,传感器26是涡轮流量计,其布置于装置16中以便当冷热流体混合龙头2处于流动状态中时由流体的流Fmix穿过。
涡轮流量计的使用特别有利,这是由于这使从流体的流Fmix产生能量有可能。换句话说,传感器26既充当流量传感器,又充当能量产生器。因此产生的能量用来对级32供电,且特别对能量储备38再充电。
举例来说,当流体的流Fmix循环通过涡轮机26时,涡轮机26产生电压,表示为“Vt”。所述电压既用作电力源,又用作提供关于流量Q的信息的信号,如下解释。
在接下来的描述中,当传感器26是涡轮流量计时,其由术语“涡轮机26”标示。
特别优选地,涡轮机26是轴向微型涡轮机。
举例来说,所述轴向微型涡轮机包括形成定子和转子的中空圆柱形主体,所述转子设置有布置于定子内部的一个或若干个叶片并能够围绕对应于定子的纵向轴线的旋转轴旋转。然后当流体Fmix循环通过微型涡轮机时,将转子旋转。所述微型涡轮机还包括电机电路,用于当转子旋转时产生电输出电压。转子的旋转轴这里与纵向轴线X16组合。
优选地,将第二温度传感器24整合于涡轮机26内部。
轴向微型涡轮机类型的一个这种涡轮机26的实例是由TOTO公司制造且在JP2007-274858 A中描述的轴向微型涡轮机。
轴向微型涡轮机的使用是有利的,这是由于它提供涡轮机26的体积与由所述涡轮机供应的电压信号的质量之间的良好折衷,明确地说,获得信号的令人满意的线性,而不论流量和液压流体压头损失的变化。
作为实例,使用计算,从由涡轮机26传递的测得电信号的特性(诸如频率和/或振幅和/或瞬时功率的特性)和/或由功率级32接收的电荷功率的特性间接进行流量Q的测量,这些计算使用预定的关系,例如,代数关系或预记录的映射。
举例来说,使用计算机30进行计算。
在变体中,这项处理由集成于涡轮机26内的专用逻辑或模拟电路进行,使得表示流量Q的信号独立于电压Vt,仅仅收集于涡轮机26的适当输出端上。
根据本发明的替代实施例变体,省略涡轮机26。流量传感器26则未必能够产生能量。
根据未图示的其它变体,控制装置包括水轮机,例如,类似于先前描述的涡轮机,其仅用来提供电力以将电供应到能量储备38,流量测量由与所述涡轮机分开的专用流量传感器26提供。
举例来说,涡轮机26是超声流量计,或电磁流量计,或与“皮托管”或“文氏管”类型的装置相关联的差压传感器。
任选地,装置16可包括能够测量流量Q且希望备份传感器26的未图示的额外流量传感器。实际上,在实践中,当将涡轮机用作传感器26时,在流Fmix的流量低于起动阈值时,所述涡轮机可不旋转,起动阈值特别取决于涡轮机的残余电磁转矩。存在用于减小所述起动阈值的构件,但它们具有减小由涡轮机供应的电功率的结果。
因此,如果无法发现令人满意的折衷,那么额外流量传感器使在涡轮机26不旋转的起动阶段期间测量流量Q有可能。优选地,一旦流Fmix的流量变得足够允许涡轮机26旋转,那么所述额外传感器接下来不再被使用。因此使电路28适于处理由所述流量传感器供应的额外信号。
举例来说,此额外流量传感器是通过使用在申请案FR 3,019,876 A1中描述的流量传感器来制造。在变体中,有可能使用以上描述的替代流量计技术中的一个。额外流量传感器例如相对于流体Fmix的流动与涡轮机26串连地放置。
现在参考图2描述功率级32。希望将电力供应到电子电路28的组件,且明确地说,以调节过的且稳定化的电压(诸如,直流电压,例如,等于3.3伏的具有振幅的直流电压)将电力供应到计算机30和接口34。
为此,功率级32包括至少一个功率转换器,用于将从涡轮机26接收的交流电压转换成能够存储于能量储备38中和/或直接对电路28的其它组件供电的直流电压。
举例来说,功率级32包括整流器类型的第一AC/DC功率转换器,以便将由涡轮机26供应的电压转换成对能量储备38供应的直流电压,且包括步进类型的第二DC/DC功率转换器,以便将跨能量储备38的端子可得的电压转换成希望对电路28的其余处供电的稳定化的直流电压。
在变体中,所述功率转换器可集成到与涡轮机26相关联的专用功率电路内。
在传感器26并非涡轮机且不能够产生能量的实施例中,则因此更改功率级32和所述功率转换器。
在所述实例中,能量储备38包括至少一个超级电容器381,优选地,若干个超级电容器381。
使用超级电容器係有利的,因为相对于电池,其具有小体积及较大使用寿命。实际上,在实践中,能量储备38随着时间流逝经历大量充电和放电循环,这些循环按对应于冷热流体混合龙头2的使用频率的高使用频率重复。举例来说,在家用卫生设施中,所述冷热流体混合龙头2可在一天期间打开然后关闭数十次,或甚至数百次。超级电容器的使用寿命因所述循环重复而比已知电池的持续时间恶化得少。
另外,根据任选且有利实施例,能量储备38进一步包括不可再充电电池382,希望用来在超级电容器耗尽电力时对电路28的必要功能供电。
所述电池具有的优势是具有小体积。其不可再充电本质并非禁止性的,这是由于其仅希望是以次要方式来使用,仅在超级电容器耗尽电力时作为备份,并且另外在其仅在执行必要功能时对电路28供电,必要功能需要比电路28的标称功能少的能量。
人们将因此理解,在某些实施例中,储备38是通过若干能量存储方式与不同技术的组合来形成,所述技术可随着情况而变独立于彼此用来对电路28的所有或部分供电。
有利地,功率级32包括能量管理装置(未图示),希望用来控制对储备38的接取且储备38的操作,明确地说,在储备38的再充电阶段期间。能量管理装置例如是使用专用装置制造,例如,通过可编程逻辑电路或通过任何其它等效构件,优选地,与计算机30分开。
在变体中,这些功能由计算机30执行。
有利地,电路28可在正常操作模式与备用模式之间切换,在备用模式中,电路28的某些功能被去激活,以便减少电消耗。
这使将电路28的电消耗优化且因此保持能量储备38的自主性有可能。
当冷热流体混合龙头2不在使用中时,例如,在处于非流动状态中的流逝时间超过预定的阈值后,激活备用模式。然而,其它管理策略是可能的。
电路28因此适合于“唤醒”,也就是说,当冷热流体混合龙头2从非流动状态进入流动状态时自动地从其备用模式切换到其正常操作模式。
根据一个实例,正常操作模式或备用模式的管理功能由先前描述的能量管理装置执行。
举例来说,所述能量管理装置适合于从由涡轮机26供应(或更通常地,由传感器26供应)的流量信息Q检测流动状态或非流动状态。
根据本发明的其它实施例变体,省略超级电容器381。能量储备38包括在其适当位置中的可再充电电池,例如,使用锂离子技术或镍金属氢化物技术。优选地结合涡轮机26使用所述电池,以便由涡轮机26再充电。然而,在变体中,其可与其它再充电构件相关联。
根据再其它变体,能量储备38是不可再充电电池,诸如,使用锂-MnO2技术或锂-SOCl2技术的电池。换句话说,能量储备38然后可不再充电。
根据再一变体,功率级32被配置成通过扇区型的电网而供应有电。当能量储备38至少部分可再充电时,由于由所述电网供应的能量,然后进行再充电。
现在参考图2描述示范性电子计算机30。
逻辑单元40在这里是微处理器或可编程微控制器。
在所述实例中,存储器42包括非易失性存储器,例如,闪存类型或任一其它等效技术的存储器模块。存储器42可进一步包括RAM(随机存取存储器)类型的易失性工作存储器。
存储器42存储软件指令,所述软件指令可执行以当这些指令由逻辑单元40运行时确保计算机30和电路28的工作。举例来说,这些可执行指令形成计算机30的固件或嵌入型系统。
一般来说,计算机30被编程以收集来自传感器的数据,并将它们存储于存储器中,或在将其发送到装置48或50前将其重新处理。
根据一个方面,计算机30优选地至少被编程以从使用传感器22、24和26测量的原始数据提供以下物理性质的值:针对装置16处于流动状态时的每一时刻t,混合流体的温度T2、混合流体的流量Q或甚至冷流体的温度T1。
这些值例如是瞬时值或在预定的时间间隔上(例如,在冷热流体混合龙头2的使用循环上)平均的值。
在本公开的意义内,“使用循环”指龙头2的一系列流动与非流动状态,所述系列例如由用户实施以执行具体用途。
举例来说,使用循环开始于当在已停留在非流动状态中达超过预定的阈值(叫作“停止持续时间阈值”)的持续时间后朝向流动状态致动龙头2时。使用循环结束于最后流动状态结束时,也就是说,第一流动状态将跟着是具有大于或等于停止持续时间阈值的持续时间的非流动状态。
换句话说,按不使用龙头时的暂停分开的龙头2的两个连续使用,在暂停期间,其处于非流动状态中,而如果暂停持续时间足够短,那么所述两个使用被视为同一使用循环的部分。
作为说明性实例,使用循环可对应于由用户进行的淋浴,所述淋浴能够受到有限持续时间的周期性停止中断。
归功于时钟44,这里进行测量时刻t的计算和持续时间的计数。
根据另一方面,计算机30被有利地编程以允许针对具体使用加热热流体所需要的能量的量(表示为E)的实时计算,例如,以使进行淋浴有可能。
举例来说,能量E对应于加热大量冷水以便具有足够热水用于用户能够进行淋浴所需要的能量。
应理解,对于不同描述的实施例,将淋浴的情况提供为非限制性实例,且计算机30还可被编程以针对不同于淋浴的应用类型且特别针对不同于水的流体实施此类计算。
当希望龙头2是包括由控制系统(例如,家庭自动化)控制的家用热水产生装置(诸如,热水器或热水箱)的水分布设施的部分时,所述功能性特别有利。
这种热水产生装置通过加热通常来自与对入口8供应的来源相同的来源的冷水而工作。应理解,所述热水产生装置位于龙头2的入口8的上游。
由于装置16收集的信息因此由家庭自动化控制系统使用,以便控制热水产生装置,以便优化能量消耗。
根据第一可能性,计算机30实时地从测量的数据且作为预定的公式的函数直接计算能量E。
根据另一可能性,计算机30不直接计算能量E,而是替代地计算中间性质。这些中间性质接下来由外部计算装置(例如,在家庭自动化控制系统内)使用,以计算能量E。
举例来说,以下定义的性质X和Y由计算机30自动地计算,例如,针对每一使用循环实时地:
和
其中“i”是识别每一测量取样的索引,“n”是等于针对使用循环的测量样本的总数的数目,“Tmi”是针对对应于测量样本i的时刻的温度值T2,且“Qi”是针对对应于测量样本i的时刻的流量值Q。
然后从这些性质X和Y并从关于在热水产生装置上游的冷水温度值的信息单独地计算能量E。
举例来说,使用以下公式计算能量E:
E=Q x Cv x(X–Y x Tfe),其中Cv是水的体积热容。
根据一个变体,计算机30经有利地编程以估计在热水产生装置上游的冷水温度“Tfe”。
在实践中,所述温度Tfe可与由第一温度传感器22测量的冷流体的温度T1不同,尤其当龙头2已停留在非流动状态中达长的时间时,因此事关不仅仅测量温度T1。
实际上,由于与环境的热交换,在传感器22处的龙头2中存在的冷水可具有与在热水产生装置上游到达的冷水的温度大体上不同的温度,尤其在龙头2的使用阶段的开头。
根据第一实例,估计使用循环的温度Tfe等于在所述使用循环期间的最小温度值T1。
根据第二实例,估计温度Tfe等于在预定持续时间期间的龙头2的所有使用循环期间测量的最小温度值T1,所述持续时间能够范围从一天到数月之久。
在变体中,代替估计,有可能替代地使用预设定的温度值Tfe,例如,由用户键入的参数或工厂预设定的区域参数。在变体中,如果家庭自动化控制系统知晓进入产生装置的冷水的温度值Tfe,例如,因为后者是使用专用温度传感器测量,那么所述值可供应到计算机30,估计则为不必要的。
因此,一般来说,电子处理电路28被编程以计算作为特别是测量的流量、混合流体的温度和冷流体的温度的函数的的能量E。取决于情况,冷流体的温度可由第一温度传感器22测量,或可为存储于存储器中的预定值,例如,当控制装置16缺乏第一温度传感器22时。
根据另一方面,计算机30被有利地编程以特别从作为时间的函数的测量的流量和温度数据计算龙头2的合成数据和使用统计。作为预设定值的函数且作业可由用户修改的参数的函数,进行这些计算。
作为实例,计算机30被配置成着眼于通过接口34的传输来存储和/或计算相对于装置16的实时操作的所有或部分以下数据:
-来自由温度传感器24进行的测量的温度T2随时间的演变;
-如果温度T2超过预设定的阈值,那么警报的发射;
-来自由传感器26进行的测量的流量Q的演变;
-如果流量Q超过预设定的阈值,那么警报的发射;
-由热水产生装置供应以便加热冷水的热功率P,所述功率P是通过以下公式计算:
P=Q x Cv x(T2-Tfe),其中Cv是水的体积热容,此功率能够是瞬时的或在预设定的持续时间上平均;
-对应于由产生装置在使用循环期间提供的热功率P的热能E;
-与针对使用循环的热能E的产生相关联的金融成本的估计,所述估计是从先前由计算机30定义和已知的消耗的水的容积、消耗的能量E和单位成本比例计算。
作为实例,计算机30还被配置成存储和/或计算相对于使用循环的所有或部分以下合成数据:
-使用循环的开始和/或结束日期和时间;
-使用循环的持续时间;
-在使用循环期间的温度T2的平均值、最小值和最大值;
-在使用循环期间的流量Q的平均值、最小值和最大值;
-在使用循环期间消耗的水量。
举例来说,所谓的实时数据可在使用循环期间连续地传输到外部,但是也可以在稍后传输前存储。相比之下,相对于使用循环的合成数据可仅被充分地计算,然后一旦使用循环完成,则传输。
因此应理解,一般来说,计算机30可实时地或延期将数据发送到外部。
当未实时传输数据时,其由计算机30存储于存储器中供稍后传输。优选地,其在发送后被擦除,以便避免使存储器42饱和。
根据另一方面,计算机30被有利地编程以通过在永久存储器中(例如,在存储器42中)记录表示龙头的使用的统计数据来实施“黑框”型的功能。希望这些数据稍后在计算机30和/或装置16有故障的情况下使用,例如,以分析在崩溃的情况中装置16的故障模式,或确认或宣告无效在涉及龙头2的用户的事故的情况中的主张,例如,在由于过度高的流体的温度而燃烧的情况中。
在所述实例中,由计算机30记录的数据包括:
-计算机30的唯一识别符,例如,包括序列号、制造批号、制造日期;
-由计算机30使用的嵌入式系统的版本的识别符;
-针对随时间流逝的不同测量时刻,测量的温度T2的最大值和最小值,并且如果适用,则是T1;
-针对随时间流逝的不同测量时刻,测量的流量Q的最大值和最小值;
-装置16的使用循环的数目。
优选地,计算机30被编程以防止由未授权的用户对这些记录的数据的更改。
计算机30还可发送相对于电供应的数据,诸如,相对于功率级32的操作的统计,或能量储备38的电荷电平,且更具体地说,超级电容器和/或不可再充电电池(如果适用)的电荷电平。
根据另一方面,计算机30被有利地编程以实施用户存取接口,这使当使用接口34建立连接时组织并控制计算机30与终端48或服务器50之间的数据交换有可能。用户存取接口因此允许授权的用户和/或维护机构通过网站(在远程服务器50的情况中)或专用应用程序(在终端48的情况中)存取测量的数据和/或改变参数。
现在参考图2描述通信接口34。
由于天线46,接口34适合于根据近程无线类型的一个或若干个通信协议通信。优选地,这里使用“蓝牙低能量”协议,这使传送大量数据有可能且其与大量移动通信装置兼容。
以这方式,接口34可直接连接到终端48以便一旦所述终端48包括兼容技术的无线通信接口且所述终端48处于距装置16小于或等于使用的技术的最大范围的距离处,则直接连接到终端48。
举例来说,终端48是移动通信设备,诸如,移动电话,或平板电话,或膝上计算机。
在变体中,终端48是安装在流体分布设施附近的具体终端,例如,安装于安装了龙头2的淋浴间中的终端。所述终端然后优选地设置有显示屏,以便实时地显示相对于龙头2的使用的数据,明确地说,选自先前定义的那些数据当中,诸如,功率P、能量E或金融成本。
根据其它变体,终端48是能够集成到家庭自动化设施内的模块,例如,能够集成到先前描述的热水产生装置内或与其相关联的控制系统内。所述集成使促进数据的交换有可能,例如,以更改装置16的操作参数,诸如,温度Tfe。
在实践中,接口34可立刻连接到若干个装置48和/或50。
接口34还允许计算机30借助于中间连接装置或集中器(其充当接口34与远程服务器50之间的中继器)到所述远程服务器50的连接。
举例来说,在不可借助于所述近程通信协议直接存取但可借助于所述中间连接装置连接到的一个或若干个其它数据交换网络存取的远程服务器50的情况中,这是有用的。这可涉及LoRaWAN型或“超窄带”型(诸如,协议)的因特网或机器到机器通信网络。中间连接装置又设置有使用与接口34兼容的技术的无线通信接口,以便能够与其通信。
在一些情况中,终端48可充当中间连接装置。
根据实例,服务器50适合于收集并分析由装置16传输的数据,目标在于分析用户的消费习惯。所述分析例如由龙头或装置16的建造者或由服务提供商,或在集居住宅中使用的情况中由大楼管理员进行。
所述分析的目标是例如给制造商或运营商提供使得有可能改善其产品和服务的信息,或给用户提供关于其消费的信息(着眼于鼓励他们优化其水消费)。
根据另一实例,所述分析使避免家庭意外和/或在所述意外的情况下干预有可能。因此,有利地,当计算机30产生报警时,例如,在过高温度T2的情况中,将警报信号发送到终端48或发送到服务器50。作为响应,后者自动通告个人辅助实体。
在实践中,一般说来,数据在计算机30与用户装置48或50之间的交换可在单向通信模式(这里从计算机30到装置48或50)中或在双向通信模式中进行。
现在一般性地描述电路28在装置16内的物理集成的实施例。具体实施例图示于图3到8的实例中。
优选地,计算机30还包括电子板45,所述电子板包括其上安装了计算机30的组件的PCB型衬底,所述组件诸如计算机40、存储器42和时钟44,或甚至还有功率级32的组件,且明确地说,组成能量储备38的组件。
举例来说,将电路28集成到装置16的主体内。明确地说,电路28有利地定位于布置于旋转按钮12的支撑件处的壳体内部。
举例来说,在电子板45中使用的衬底具有设置有中心孔的圆盘形状。作为图示性实例,圆盘形衬底的直径在3cm与5cm之间。中心孔的直径在1cm与2cm之间。
根据实施例,装置16具有具纵向轴线X16的圆柱形形状。在安装的配置中,板45垂直于所述纵向轴线X16布置。中心凹口允许装置16的组件穿过。举例来说,将板45与相关联于旋转按钮12的可旋转联接部分同轴地安装于纵向轴线X16周围,所述部分能够进入中心孔。
连接36优选地是硬连线连接。其可包括电缆或其中布置导体的预成型的刚性舌状部。
举例来说,连接36包括四个导体。这些导体中的两个将涡轮机26联接到电子电路28,例如,一个用于电接地并且另一个用于电相位,以便传递对功率级32供电的电流,且针对所述电流提取关于流量Q的信息。这些导体中的两个其它的导体将传感器22联接到电路28,例如,以当传感器22是具有负温度系数的探头时,执行跨传感器22的端子的电阻测量。替代地,连接36包括有线现场总线,例如,LIN(本地互连网络)类型的有线现场总线。
将连接36插入到布置于装置16的主体中的孔内。替代地,它是在装置16的制造期间包覆模制的。
根据变体,传感器22直接在板45上连接。因此,传感器22独立于连接36连接到计算机30。
随用来进行与装置48和50的通信的技术而变,更改天线46的尺寸。
举例来说,使用半波偶极天线或四分之一波天线。对于以2.4GHz的频率操作的蓝牙低能量型的技术,天线的长度等于62.5mm或31.25mm。
选择天线46在装置16中的布置,以便防止无线电波受到属于龙头2的金属阻挡,金属会防止与位于龙头2外部的装置48、50的通信的建立。
优选地,将天线46安装于板45上。然而,在变体中,其可安装于装置16之外。当希望装置16用于龙头2中时,所述变体可证明为有必要的,所述龙头的主体4和/或按钮12和14覆盖有诸如铬或金的装饰性金属。
图3和4展示根据本发明的第一具体实施例的恒温控制装置16'。
类似于先前描述的恒温控制装置16的实施例的恒温控制装置16'的元件具有相同参考,且不作详细描述,因为以上描述可转置到它们。
更具体地说,图3和4对应于在不同剖面中的装置16'的纵向剖面图。
装置16'的主体这里具有参考60。其包括第一套管62和第二套管64,在这之间定位混合且恒温控制设备20。套管62、64和设备20相对于轴线X16同轴地定位,且相互机械连接。
举例来说,套管62和64是从塑料制成的。
设备20这里呈设置有壳的预组装的筒的形式,在所述壳内部,布置确保恒温控制的内部组件。设备20这里是使用在以VERNET SA公司的名义的专利FR 2,869,087中描述的已知恒温筒制造。
涡轮机26紧固到第二套管64。套管64还并有第二温度传感器24,和任选地,第一温度传感器22。
第一套管62包括对内壳体V12定界的端部分63。换句话说,壳体V12由控制装置的主体的一部分定界。壳体V12受到紧密保护,不受流体的流Fmix、Fcold、Fhot影响。电路28容纳于所述壳体V12内部。举例来说,板45安装于壳体V12的底部上。
连接36布置于套管62和64内部。如先前指示,连接36可在套管62和64的构建期间插入到为此准备的壳体内,或通过在套管62和64的构建期间包覆模制集成于套管62和64内部。
优选地,密封垫66(例如,从弹性体材料制成的O形环)定位于端部分63与套管62的其余部分之间的接面处,以便确保不透水性。
类似地,未图示的密封元件布置于套管62与64的接面处以防止流体变得与连接36接触。
端部分63充当支撑件以安装旋转按钮12。然而,端部分63不随按钮12旋转,且保持与主体62的其余部分紧固,无自由度。
相反地,端部分63由将旋转按钮12与设备20的旋转控制部件连接的联接部分穿过,以便确保旋转按钮12与设备20之间的机械联接。板45的中心孔由所述联接部分穿过。
除了这些构建差异之外,先前已关于电路28和传感器22、24和26的操作描述的一切都可转置到所述实施例。
图5和6展示根据本发明的第二具体实施例的恒温控制装置16”。
类似于先前描述的恒温控制装置的实施例中的一个的恒温控制装置16”的元件具有相同参考,且不作详细描述,因为以上描述可转置到它们。
更具体地说,图5和6对应于在不同剖面中的装置16”的纵向剖面图。
装置16”的主体这里具有参考70。主体70包括第一套管72和第二套管74。套管72和74相互紧固,且相对于轴线X16同轴地定位。
类似地,未图示的密封元件布置于套管72与74之间的接面处以防止流体变得与连接36接触。
第二套管74併入涡轮机26和第二温度传感器24。套管74被称为仪表化的套管。
类似于先前描述的装置16'的套管62,套管72对内壳体V12定界,在所述内壳体V12内部容纳电路28。这里再次,在图示的实例中,板45的中心孔由先前定义的联接部分穿过。然而,其它布置是可能的。
此外,套管72对希望收纳设备20的内容积V20定界。
形成设备20且确保恒温控制和流体的混合的内组件直接分布于容积V20内部。换句话说,不同于先前描述的装置16'的情况,设备20在这里并不处于预组装的筒的形式。
这些组件的作用和操作是众所周知的,并且下文不作更详细地描述。其例如描述于以VERNET SA公司的名义的专利FR 2,869,087中。
举例来说,传感器22容纳于套管72中。
除了这些构建差异之外,先前已关于电路28和传感器22、24和26的操作描述的一切都可转置到所述实施例。
根据未绘示的另一实施例,界定容积V20且容纳设备20的组件的正是第二套管74。相应地更改套管72、74的尺寸。明确地说,第二套管74在这里比第一套管72长。
图7和8展示根据本发明的第三具体实施例的恒温控制装置16”'。
类似于先前描述的恒温控制装置的实施例中的一个的恒温控制装置16”'的元件具有相同参考,且不作详细描述,因为以上描述可转置到它们。
更具体地说,图7和8对应于在不同剖面中的装置16”'的纵向剖面图,装置16”'集成于恒温总成内,恒温总成又集成于冷热流体混合龙头2主体4内。
在所述实例中,装置16”'直接集成于包括主体80并且还包括流体流量控制装置(其在这里具有参考90)的总成内。主体80在这里具有沿着轴线X16延伸的基本上圆柱形形状。举例来说,主体80是从塑料制成的。
在图示的实例中,装置90定位于主体80的一端处并与按钮14联接,而装置16”'定位于主体80的相对端处并与按钮12联接。更具体地说,设备20的控制部件借助于联接部分联接到按钮12。
主体80与主体4的内壁由干燥区域82(也就是说,在龙头2的正常操作条件下无流体可穿过的区域)分开。举例来说,区域82填充有空气。
举例来说,龙头2的入口6和8中的一个或另一个在装置16”'的对应的流体入口的对面定位,以建立直接流体连接,而龙头2的另一流体入口(在处于手边的情况下,这里,热流体入口6)借助于形成于主体80中的引入通道84流体连接到装置16”'的对应入口。
类似地,装置16”'的混合流体出口借助于形成于主体80中的出口通道86流体连接到出口10。
以这方式,不同流体的流可在龙头2内部在入口6、8与出口10与装置16”'之间循环,而不穿透区域82。
涡轮机26布置于主体80内部。涡轮机26的出口出现于形成于主体80中的流动区域88中,例如,在所述主体80的中心。所述区域88将混合流体Fmix带向装置90。在装置90的出口,由装置90授权退出的混合流体Fmix的部分在通道86中循环。换句话说,通道86出现于装置90的出口处。
连接36有利地布置于区域82中。以这方式,连接36无法与流体接触。换句话说,连接36的紧密性和保护得到固有确保。
在所述实例中,流体入口6和8分别各设置有回流阀92和94。参考96标示在设备20处分开热流体入口与冷流体入口的间隔物。在所述实施例中,可按类似于先前定义的筒的筒形式或通过直接在主体80内并有内部控制组件来制造设备20。
除了这些构建差异之外,先前已关于电路28和传感器22、24和26的操作描述的一切都可转置到所述实施例。
所述第三实施例可独立于先前实施例实施。明确地说,所述第三实施例可实施有未仪表化的恒温控制装置,也就是说,类似于装置16的恒温控制装置,但其中省略电路28和传感器22、24、26以及连接36。
因此,本发明的实施例使获得特别有利的仪表化的恒温控制装置有可能。因为将电路28集成到装置16内,所以无必要修改龙头2的体积,这有助于其到现有卫生设施内的集成。电路28的存在对于龙头2的用户来说是透明的。其明确地并不更改恒温控制。仅仅用无线方式来进行数据的交换,这避免了必须在龙头处连接硬连线连接,这是由于这将造成集成和用户安全问题。布置于电路28和连接36处的紧密性限制了来自在装置16中循环的流体对电子器件的损坏的风险,并且还减小了龙头2的用户触电死亡的风险。
根据未图示的其它实施例,电子电路28在主体80内部,例如,在筒20与装置90之间。换句话说,电路28与传感器之间的连接未必放置在紧密性区域中,并且可在曝露于流体的区域中。在所述情况中,优选地,紧紧地确保电连接,例如,由于密封垫和/或密封的连接器。
以上考虑的实施例和替代实施例可组合以产生新实施例。
Claims (15)
1.一种用于恒温冷热流体混合龙头(2)的恒温控制装置(16、16'、16”、16”'),所述控制装置(16、16'、16”、16”')被配置成从热流体与冷流体的两股流(Fhot、Fcold)产生混合流体的流(Fmix),其特征在于,所述控制装置(16、16'、16”、16”')是仪表化的且为此包括:
-温度传感器(24),其用于测量所述混合流体的温度(T2);
-流量传感器(26),其用于当所述控制装置(16、16'、16”、16”')处于流动状态中时测量所述混合流体的流(Fmix)的流量(Q);
-电子处理电路(28),其嵌入于所述控制装置(16、16'、16”、16”')中且包括:
·可编程电子计算机(30),
·通信接口(34),其设置有无线电天线(46),
·电力能量储备(38),其能够对所述电子计算机(30)和所述通信接口(34)供电;
且其特征在于,所述电子电路(28)适合于收集由所述传感器(24、26)测量的信息,并适合于通过所述通信接口(34)将所述信息传输到外部。
2.根据权利要求1所述的恒温控制装置(16、16'、16”、16”'),其特征在于,所述流量传感器(26)为适合于对所述能量储备(38)电力供电的水轮机,诸如,轴向微型涡轮机。
3.根据权利要求1所述的恒温控制装置(16、16'、16”、16”'),其特征在于,其包括适合于对所述能量储备(38)电力供电的水轮机,诸如,轴向微型涡轮机,且其特征在于,所述流量传感器(26)与所述水轮机分开。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的恒温控制装置(16、16'、16”、16”'),其特征在于,所述通信接口(34)与近程无线通信技术兼容。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的恒温控制装置(16、16'、16”、16”'),其特征在于,所述控制装置(16、16'、16”、16”')进一步包括用于测量所述冷流体的温度(T1)的温度传感器(22)。
6.根据权利要求5所述的恒温控制装置(16、16'、16”、16”'),其特征在于,所述电子处理电路(28)被编程以计算作为所测量的流量、所述混合流体的温度和由所述温度传感器测量的所述冷流体的温度(T1)的函数的加热在所述恒温控制装置上游的冷流体所需要的能量。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的恒温控制装置(16、16'、16”、16”'),其特征在于,所述电子处理电路(28)被编程以计算作为所测量的流量、所述混合流体的温度和所述冷流体的预定的温度值的函数的加热在所述恒温控制装置上游的冷流体所需要的能量。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的恒温控制装置(16、16'、16”、16”'),其特征在于,所述能量储备(38)包括一个或若干个超级电容器(381)。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的恒温控制装置(16、16'、16”、16”'),其特征在于,所述电子电路(28)至少部分容纳于由所述控制装置(16、16'、16”、16”')的主体定界的内壳体(V12)的内部,所述内壳体被密封地保护以免受所述流体的流(Fmix、Fcold、Fhot)渗入。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的恒温控制装置(16、16'、16”、16”'),其特征在于,所述电子计算机(30)被编程以传输选自包含以下数据的群组当中的使用数据中的一条或若干条:
-来自由所述温度传感器(24)进行的测量的所述混合流体的温度(T2)随时间的演变;
-如果所述混合流体的温度(T2)超过预定的阈值,那么警报的发送;
-来自由所述流量传感器(26)进行的测量的所述混合流体的流量(Q)的演变;
-如果所述混合流体的流量(Q)超过预定的阈值,那么警报的发送;
-由相关联的热流体产生装置为了加热所述冷流体而提供的热功率;
-在所述龙头(2)的使用循环期间的对应于由所述产生装置提供的所述热功率的热能;
-与针对所述使用循环的所述热能(E)的产生相关联的财务成本的估计;
-所述使用循环的开始和/或结束日期和时间;
-所述使用循环的持续时间;
-在所述使用循环期间的所述混合流体的温度(T2)的平均值、最小值和最大值;
-在所述使用循环期间的所述混合流体的流量(Q)的平均值、最小值和最大值;
-在所述使用循环期间消耗的水量。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的恒温控制装置(16、16'、16”、16”'),其特征在于,所述电子计算机(30)被编程以在永久存储器中存储所述龙头的使用的统计数据。
12.一种用于恒温冷热流体混合龙头的恒温控制总成,所述总成包括:
-恒温控制装置(16、16'、16”、16”'),其用于从热流体与冷流体的两股流(Fhot、Fcold)产生混合流体的流(Fmix);
-用于控制所述混合流体的流量的装置(90);
其特征在于,所述恒温控制装置(16、16'、16”、16”')是根据权利要求1至11中任一项的装置。
13.一种恒温冷热流体混合龙头(2),包括:
-冷热流体混合龙头主体(4);
-热流体入口(6)、冷流体入口(8)和混合流体出口(10);
-恒温控制装置(16、16'、16”、16”'),其定位于所述主体(4)内部且流体连接到所述流体入口(6、8)和所述流体出口(10);
所述冷热流体混合龙头(2)的特征在于,所述恒温控制装置(16、16'、16”、16”')是根据权利要求1至11中任一项的装置。
14.根据权利要求13所述的恒温控制龙头(2),其特征在于,所述控制装置(16”')集成到包括主体(80)和流体流量控制装置(90)的总成内,所述总成与所述龙头主体(4)同轴地定位于所述龙头主体(4)内部,且其特征在于,所述主体(80)与所述龙头主体(4)的内壁由干燥区域(82)分开,且其特征在于,所述装置(16”')包括将所述电子电路(28)连接到所述传感器(24、26)的电连接(36),所述电连接(36)定位于所述干燥区域(82)中。
15.根据权利要求13所述的恒温控制龙头(2),其特征在于,所述控制装置(16”')集成到包括主体(80)和流体流量控制装置(90)的总成内,所述总成定位于所述龙头主体(4)内部,且与所述控制装置(16”')相关联的所述电子处理电路(28)位于所述主体(80)内部。
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